[发明专利]多用户MIMO系统中的功率分配方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别地，涉及一种多用户MIMO系统中的功率分配方法和装置。

背景技术

多天线(Multiple-Input and Multiple-Output，MIMO)技术：MIMO技术通过增加发射天线和接收天线的数目，在收发两端之间形成多个并行传输的信道，利用这些信道进行数据的并行传输来提高系统频谱利用率。与单天线系统相比，MIMO技术的引入同时提高了系统的有效性和可靠性。有效性的具体体现是空间复用技术，在不增加频谱的基础上，同时可以并行传输多个数据流，明显地提高了系统的频谱效率和容量。发送分集带来了可靠性，将一个信号在多个不相关的信道进行传输，在接收端可以接收到经历不同衰落的该信号的多个副本，从而大大降低了差错概率。MIMO技术还可以进一步划分为单用户MIMO和多用户MIMO两种。

单用户MIMO，又称空分复用(Space Division Multiplexing，SDM)，一个基站(BS)同时只和一个用户进行通信。这个系统已经研究的非常成熟了，并在3GPP系统长期演进(LTE)R8里进行了标准化。

多用户MIMO，又称空分多址(Space Division Multiple Access，SDMA)，一个BS同时和多个用户进行通信，各个用户的数据在相同的资源块(RB)上进行发送，该技术可以进一步提高空间复用增益，从而提高系统的容量，该技术已经被确认作为第四代移动通信系统的关键技术。在多用户MIMO系统里，每个用户受到了两种干扰，一种是由其他用户的数据造成的多用户干扰(Multiple User Interference，MUI)，还有自己多个数据流之间的干扰(Inter-Stream Interference，ISI)。这两种干扰是实现多用户MIMO系统性能增益的主要阻碍，需要我们想办法解决。在上行，各个用户的信号检测工作由BS完成，大量的多用户检测方法已经被提出。但对于下行，由于此时，各个用户是独立分开的，彼此不能互相协作译码，预编码技术是最理想的解决方案。

预编码技术：预编码(Pre-coding)技术提出的初衷是为了降低用户端的检测负担，将用户端的检测工作移到基站端处理。当基站端获知信道状态信息的条件下，可以事先设计预编码矩阵，抵消可能出现在用户端的干扰，这样用户端不需要或只需要简单的译码操作就可以恢复出数据，大大降低了译码复杂度。

发送功率分配(Transmit Power Allocation，TPA)技术：在MIMO系统里，因为有多个子信道同时进行传输，每个子信道上功率的不同会造成不同的系统性能。根据不同的目的，在各个子信道上进行有效地功率分配，可以获取不同的性能指标。在单用户MIMO系统里，为了最大化系统的容量，提出了经典的迭代注水功率方法，该方法为大奇异值对应的子信道分配更多的功率。相反，为了提升系统的BER性能，最小均方误差(Minimum Mean Square Error，MMSE)逆注水功率分配方法对较小奇异值对应的子信道分配更多的功率，因为一个用户的误码率(BER)性能是由其最小奇异值对应的子信道决定的。

迄今为止，对单用户MIMO系统的预编码方法，已经非常成熟。对多用户MIMO系统，也有大量的预编码技术被提出，这些方法可以分为线性的和非线性的。非线性的预编码方法有较好的性能，但由于其复杂度高，使得在实际中的应用受阻。在线性预编码方法中，基于迫零(ZF)和最小均方误差(MMSE)准则的预编码方法被人们广泛地研究。其中具有代表性的是块对角化(BD)和联合收发MMSE预编码方法。在基站已知所有用户的信道状态信息的情况下，设计每个用户的预编码矩阵，每个用户的预编码矩阵取自其他用户信道矩阵的零空间，这样经过信道后，每个用户就只能收到自己的信号，此时，多用户MIMO信道被分解为多个独立的单用户MIMO信道。以前研究的所有单用户MIMO的预编码方法，都可以被使用。联合收发MMSE预编码方法，可以提供很好的性能，但该方法需要复杂的迭代，难以在实际系统中得到应用。在BD和联合收发MMSE预编码方法里，用户接收端的译码矩阵需要基站通过下行链路发送专用参考符号来进行估计，这样造成了系统信令额外的开销。